《排水工程》(下冊)第四版課件

MunicipalSludgeDigesters污泥的處理處置與利用

2021/10/10星期日1第8章污泥處理主要內(nèi)容（1）污泥的分類、性質(zhì)及計算（2）污泥濃縮（3）污泥的厭氧消化（4）污泥的其它穩(wěn)定措施（5）污泥的調(diào)理（6）污泥的干化與脫水（7）污泥的干燥與焚化（8）污泥的有效利用與最終處理2021/10/10星期日2本次課的內(nèi)容:（1）污泥的分類、性質(zhì)及計算（2）污泥濃縮本次課的重點難點:（1）污泥含水率變化對容積的影響（2）污泥濃縮方法2021/10/10星期日3第一節(jié)污泥的分類、性質(zhì)及排除一、概述1.污泥產(chǎn)量約占處理水量的0.3％~0.5％左右(以含水率為97％計)。(量)2.污泥中物質(zhì)(1)有害有毒物質(zhì)：寄生蟲卵、病原微生物、細菌、合成有機物及重金屬離子等；(2)有用物質(zhì)：植物營養(yǎng)原素(氮、磷、鉀)、有機物及水分等。2021/10/10星期日43.污泥處理的目的：(1)使污水處理廠能夠正常運行，確保污水處理效果；(2)使有害有毒物質(zhì)得到妥善處理或利用；(3)使容易腐化發(fā)臭的有機物得到穩(wěn)定處理；(4)使有用物質(zhì)能夠得到綜合利用，變害為利?？傊?，污泥處理的目的是使污泥減量、穩(wěn)定、無害化及綜合利用。4.污泥處理費用占水處理廠的全部建設(shè)的20％~50％，甚至70％。2021/10/10星期日55.污泥處理方案(1)生污泥一濃縮一消化一自然干化一最終處置(2)生污泥一濃縮一自然干化一堆肥一最終處置(3)生污泥一濃縮一消化一機械脫水一最終處置(4)生污泥一濃縮一機械脫水一干燥焚燒一最終處置(5)生污泥一濕污泥池一最終處置(6)生污泥一濃縮一消化一最終處置上述生污泥指未經(jīng)消化處理的污泥，詳見后述。2021/10/10星期日6污泥最終處置方法包括作為肥料施用于農(nóng)田、森林、草地或沙漠改良；填地或投海；作為能源或建材；焚燒等。污泥處理方案的選擇，應(yīng)根據(jù)污泥的性質(zhì)與數(shù)量；投資情況與運行管理費用；環(huán)境保護要求及有關(guān)法律與法規(guī)；城市農(nóng)業(yè)發(fā)展情況及當?shù)貧夂驐l件等情況，綜合考慮后選定。2021/10/10星期日7二、污泥的分類、性質(zhì)及性質(zhì)指標1．污泥的分類與性質(zhì)(1)按成分分類污泥以有機物為主要成分沉渣以無機物為主要成分2021/10/10星期日8(2)按來源不同分①初次沉淀污泥

來自初次沉淀池。②剩余活性污泥

來自活性污泥法后的二次沉淀池。③腐殖污泥

來自生物膜法后的二次沉淀池。以上3種污泥可統(tǒng)稱為生污泥或新鮮污泥，這是污泥處理的主要對象

④消化污泥生污泥經(jīng)厭氧消化或好氧消化處理后，稱為消化污泥或熟污泥。⑤化學污泥用化學沉淀法處理污水后產(chǎn)生的沉淀物稱為化學污泥或化學沉渣。2021/10/10星期日92．污泥的性質(zhì)指標用于表示污泥性質(zhì)的主要指標有：(1)污泥含水率(2)揮發(fā)性固體(3)可消化程度(4)濕污泥相對密度與干污泥相對密度(5)污泥肥分(6)污泥重金屬離子含量2021/10/10星期日10污泥中所含水分的重量與污泥總重量之比的百分數(shù)稱為污泥含水率。污泥的含水率一般都很高，比重接近于1。污泥的體積、重量及所含固體物濃度之間的關(guān)系，可用下式表示：式中p1，V1，Wl，Cl：污泥含水率為p1時的污泥體積、重量與固體物濃度；p2，V2，W2，C2：污泥含水率變?yōu)閜2時的污泥體積、重量與固體物濃度。(1)污泥含水率2021/10/10星期日11例題:污泥含水率從97.5％降低到95％時，求污泥體積解由

可見污泥含水率從97.5％降低至95％，體積減少一半。上式適用于含水率大于65％的污泥。因含水率低于65％以后，體積內(nèi)出現(xiàn)很多氣泡，體積與重量不再符合上式關(guān)系。2021/10/10星期日12(2)揮發(fā)性固體(或稱灼燒減重)和灰分(或稱灼燒殘渣)

揮發(fā)性固體近似地等于有機物含量；灰分表示無機物含量。(3)可消化程度表示污泥中可被消化降解的有機物數(shù)量。Rd—可消化程度，％；pSl，pS2—分別表示生污泥及消化污泥的無機物含量，％；pV1，pV2—分別表示生污泥及消化污泥的有機物含量，％。2021/10/10星期日13式中Vd——消化污泥量，m3／d；pd——消化污泥含水率，％，取周平均值Vl——生污泥量，m3／d，取周平均值；p1——生污泥含水率，％，取周平均值；pV1——生污泥有機物含量，％；Rd——可消化程度，％，取周平均值。因此消化污泥量可用下式計算：2021/10/10星期日14(4)濕污泥相對密度與干污泥相對密度濕污泥重量等于污泥所含水分重量與干固體重量之和。濕污泥比重等于濕污泥重量與同體積的水重量之比值。由于水的相對密度為1，所以濕污泥的相對密度可用下式計算：2021/10/10星期日15式中:濕污泥相對密度；p:濕污泥含水率，％；污泥中干固體物質(zhì)平均相對密度，即干污泥相對密度干固體中，有機物(即揮發(fā)性固體)所占百分比及其相對密度分別用pv，v表示，無機物(即灰分)的相對密度用rf表示，則干污泥平均相對密度rs可用下式計算：2021/10/10星期日16有機物相對密度一般等于1，無機物相對密度約為2.5~2.65，以2.5計，則上式可簡化故濕污泥相對密度為確定濕污泥相對密度和干污泥相對密度，對于濃縮池的設(shè)計、污泥運輸及后續(xù)處理，都有實用價值2021/10/10星期日17例2已知初次沉淀池污泥的含水率為95％，有機物含量為65％。求干污泥相對密度和濕污泥相對密度。解：干污泥相對密度用下式計算濕污泥相對密度用下式計算2021/10/10星期日18(5)污泥肥分污泥中含有大量植物生長所必需的肥分(氮、磷、鉀)、微量元素及土壤改良劑(有機腐殖質(zhì))。我國城市污水處理廠各種污泥所含肥分見下表。我國城市污水處理廠污泥肥份表污泥類別總氮(%)磷(以P2O5計）(％)鉀（以K2O計）(％)有機物(％)初沉污泥2～31～30.1～0.550～60活性污泥3.3～7.70.78～4.30.22～0.4460～70消化污泥1.6～3.40.6～0.825～302021/10/10星期日19(6)污泥重金屬離子含量

污泥中重金屬離子含量，決定于城市污水中工業(yè)廢水所占比例及工業(yè)性質(zhì)。污水經(jīng)二級處理后，污水中重金屬離子約有50％以上轉(zhuǎn)移到污泥中。因此污泥中的重金屬離子含量一般都較高。故當污泥作為肥料使用時，要注意重金屬離子含量是否超過我國農(nóng)林業(yè)部規(guī)定的《農(nóng)用污泥標準》。下表列舉我國城市污水處理廠污泥中重金屬含量的范圍。2021/10/10星期日20重金屬離子名稱Hg汞Cd鎘Cr鉻Pb鉛As砷Zn鋅Cu銅Ni鎳含量范圍4.63-1383.6-24.19.2-54085-240012.4-560300-111955-46030-47.5農(nóng)林業(yè)部農(nóng)用污泥標準(GB4284-84)5560030075500250100酸性土壤pH<6.5;中性或堿性土壤pH》6.5152010001000751000500200我國城市污水處理廠污泥中重金屬成分及含量(mg/Kg)2021/10/10星期日213.污泥量、污泥的水力特性及輸送的計算（1）污泥量初次沉淀污泥量

式中V：初次沉淀污泥量，m3/d；Q：污水流量；m3／d；：去除率，％；C0：進水懸浮物濃度，mg/L；p：污泥含水率，％；：沉淀污泥密度，以1000kg/m3計。上式適用于初次沉淀池，二次沉淀池的污泥量也可近似地按該式計算，以80％計。2021/10/10星期日22剩余活性污泥量還可用用下式進行計算，消化污泥量2021/10/10星期日23

1）污泥輸送的方法①管道(壓力管道或重力管道)②卡車③駁船④以及它們的組合方法。采用何種方法決定于污泥的數(shù)量與性質(zhì)；污泥處理的方案；輸送距離與費用；最終處置與利用的方式等因素。（2）污泥的輸送2021/10/10星期日24管道、卡車、駁船輸送綜合經(jīng)濟比較表投資管理費輸送1m的成本管道輸送111駁船裝運0.82～1.302.60～4.006卡車輸送2.25～7.0027.0～34.0302021/10/10星期日252)污泥輸送設(shè)備a.隔膜泵b.旋轉(zhuǎn)螺栓泵c.螺旋泵d.混流泵e.多級柱塞泵f.離心泵2021/10/10星期日26（3）、污泥流動的水力特性與水力計算1）、污泥流動的水力特性污泥在含水率較高(高于99％)的狀態(tài)下，屬于牛頓流體，流動的特性接近于水流。隨著固體濃度的增高，污泥的流動顯示出半塑性或塑性流體的特性，必須克服初始剪力τ0以后才能開始流動，固體濃度越高，τ0值也越大。2021/10/10星期日27所以污泥流動特性不同于水流。污泥流動的阻力，在層流條件下，由于τ0值的存在，阻力很大，因此污泥輸送管道的設(shè)計，常采用較大流速，使泥流處于紊流狀態(tài)。污泥流動的下臨界速度約為1.1m／s，上臨界速度約為1.4m／s。污泥壓力管道的最小設(shè)計流速為1.0~2.0m/s。2021/10/10星期日282）、壓力輸泥管道的沿程水頭損失哈森－威廉姆斯(HazenWilliams)紊流公式hf:輸泥管沿程水頭損失，m；L:輸泥管長度，m；D:輸泥管管徑，m；v:污泥流速，m／s；CH:哈森－威廉姆斯系數(shù)，其值決定于污泥濃度，適用于各種類型的污泥，根據(jù)污泥濃度，查下表得。2021/10/10星期日29污泥濃度(%)CH值污泥濃度(%)CH值0.01006.0452.0818.5324.06110.125污泥濃度與CH值2021/10/10星期日30長距離管道輸送時，由于污泥，特別是生污泥、濃縮污泥，可能含有油脂、固體濃度較高，使用時間長后，管壁被油脂粘附以及管底沉積，水頭損失增大。為安全考慮，用哈森－威廉姆斯紊流公式計算出的水頭損失值，應(yīng)乘以水頭損失系數(shù)K。K值與污泥類型及污泥濃度有關(guān)，可查下圖。根據(jù)計算所得水頭損失值，選擇污泥泵。2021/10/10星期日312021/10/10星期日32由上圖可知，污泥濃度在1％～6％之間時，消化污泥的K值變化不大，約為1.0~1.5；生污泥及其濃縮污泥的K值提高較大，約為1.0~4.0之間。根據(jù)乘以K值后的水頭損失值選泵，則運行更為可靠。2021/10/10星期日33例某城市污水處理廠的設(shè)計污泥流量為226.8m3/h(0.063m3/s)，含水率98％(污泥濃度為2％)。用管道輸送至農(nóng)場長期利用，管道長度為5km，求管道輸送時的水頭損失值。解因污泥流量為0.063m3/s，采用紊流狀態(tài)輸送污泥，取流速為2.0m/s，管徑為200mm。水頭損失值用哈森－威廉姆斯紊流公式計算：因污泥含水率為98％，即污泥濃度為2％，查教材表8－4得系數(shù)CH＝81。2021/10/10星期日34若輸送的污泥是消化污泥，根據(jù)污泥濃度為2％，查教材圖8－3，得K＝1.03，修正后的水頭損失為：

hf＝1.03×238.5＝245.6m若輸送的污泥是生污泥，查教材圖8－3，得K＝1.2，修正后的水頭損失值為

hf＝1.2×238.5＝286.2m根據(jù)修正后的水頭損失值選污泥泵。2021/10/10星期日353）、壓力輸泥管的局部水頭損失長距離輸泥管道的水頭損失，主要是沿程水頭損失。局部水頭損失所占比重很小，故可忽略不計。但污水處理廠內(nèi)部的輸泥管道，因輸送距離短，局部水頭損失必須計算。局部水頭損失值的計算公式見下式。2021/10/10星期日36式中hi：局部阻力水頭損失，m；ξ：局部阻力系數(shù)，見教材表8－5v：管內(nèi)污泥流速，m／s；g：重力加速度9.8m／s2。2021/10/10星期日372021/10/10星期日38第二節(jié)污泥濃縮一、概述初次沉淀池泥含水率介于95％～97％，剩余活性污泥達99％以上。因此污泥的體積非常大，對污泥的后續(xù)處理造成困難。污泥濃縮的目的在于減容。污泥中所含水分大致分為4類：（1）顆粒間的空隙水；（2）毛細水，即顆粒間毛細管內(nèi)的水；（3）污泥顆粒吸附水；（4）顆粒內(nèi)部水。2021/10/10星期日39污泥水分示意圖毛細水吸附水內(nèi)部水空隙水約占70％約占20％約占l0％2021/10/10星期日40降低含水率的方法有：(1)濃縮法用于降低污泥中的空隙水；(2)自然干化法和機械脫水法主要脫除毛細水；(3)干燥與焚燒法主要脫除吸附水與內(nèi)部水2021/10/10星期日41濃縮方法重力濃縮氣浮濃縮離心濃縮2021/10/10星期日42二、重力濃縮重力濃縮構(gòu)筑物稱重力濃縮池。根據(jù)運行方式不同?？煞譃檫B續(xù)式重力濃縮池、間歇式重力濃縮池兩種。2021/10/10星期日431.固體通量單位時間內(nèi),通過單位面積的固體重量叫固體通量,kg/(m2·

h)。當濃縮池運行正常時，池中固體量處于動平衡狀態(tài)，見下圖所示。2021/10/10星期日442021/10/10星期日45單位時間內(nèi)進入濃縮池的固體重量，等于排出濃縮池的固體重量(上清液所含固體重量忽略不計)。通過濃縮池任一斷面的固體通量，由兩部分組成，一部分是濃縮池底部連續(xù)排泥所造成的向下流固體通量；另一部分是污泥自重壓密所造成的固體通量。即：G=Gu+Gi2021/10/10星期日46（1）向下流固體通量:Gu=uCiGu_—向下流固體通量。kg／(m2·h)；u—向下流流速，即由于底部排泥導致產(chǎn)生的界面下降速度。m／h。Ci—斷面I－I處的污泥固體濃度，kg／m3。由上式(Gu=uCi)可見，當u為定值時，Gu與Ci成直線關(guān)系。見圖8－7(b)中的直線1。2021/10/10星期日47GLCub3(Cu,CL)a’aCLCmu=5m/d210020030040001020304050固體通量（kg/m2

d)固體濃度(kg/m3)（b）2021/10/10星期日48（2）自重壓密固體通量：Gi=viCiGi—自重壓密固體通量，kg／(m2·h)；vi—污泥固體濃度為Ci時的界面沉速，m/h。2021/10/10星期日49根據(jù)式(Gi=viCi)，可作Gi－Ci關(guān)系曲線，見圖8－7(b)中的曲線2。固體濃度低于500mg/L時，不會出現(xiàn)泥水界面，故曲線2不能向左延伸。Cm即等于形成泥水界面的最低濃度。（3）總固體通量濃縮他任一斷面的總固體通量等于式(Gu=uCi)和式(Gi=viCi)之和，G=Gu+Gi＝uCi＋viCi＝Ci(u+vi)即圖8-7中曲線1與2疊加得曲線3。2021/10/10星期日50圖8-7(b)，曲線3即用靜態(tài)試驗的方法，表征連續(xù)式重力濃縮池的工況。經(jīng)曲線3的最低點b作切線截縱坐標于GL點，最低點b的橫坐標為CL稱為極限固體濃度，其物理意義是：固體濃度如果大于CL，就通不過這個截面。GL就是極限固體通量，其物理意義是：在濃縮池的深度方向，必存在著一個控制斷面，這個控制斷面的固體通量最小，即GL。其他斷面的固體通量都大于GL。2021/10/10星期日51根據(jù)固體通量可以計算濃縮池的設(shè)計斷面面積：A—濃縮池設(shè)計表面積，m2；Q0—入流污泥量，m3/h；C0—入流污泥固體濃度，kg／m3；GL—極限固體通量，kg／(m2·h)。Q0

，C0

是已知數(shù)，GL值可通過試驗或參考同類性質(zhì)污水廠的濃縮池運行數(shù)據(jù)。2021/10/10星期日522.重力濃縮池的構(gòu)造形式（1）間歇式重力濃縮池2021/10/10星期日53（2）連續(xù)式重力濃縮池2021/10/10星期日542021/10/10星期日55

連續(xù)式重力濃縮池的其他形式

多層輻射式濃縮池，適用于土地緊缺的地區(qū)

多斗式濃縮池

2021/10/10星期日563.設(shè)計計算1）間隙式污泥濃縮池設(shè)計參數(shù)：停留時間一般為9~12h。濃縮池的上清液，應(yīng)回到初沉池前重新處理。2021/10/10星期日573.設(shè)計計算A.面積計算B.水深有效水深一般采用4m，豎流式的水深按沉淀部分上升流速不大于0.1mm/s進行核算。濃縮池的容積應(yīng)按濃縮10—16小時核算。2）連續(xù)式污泥濃縮池2021/10/10星期日58二、氣浮濃縮法氣浮濃縮法主要適用于密度接近于1、疏水的污泥，或容易發(fā)生膨脹的污泥，一般多采用的是壓力溶氣氣浮法。2021/10/10星期日592021/10/10星期日60三、離心濃縮法離心濃縮法是利用污泥中的固體即污泥與其中的液體即水之間的密度有很大的不同，因此在高速旋轉(zhuǎn)的離心機中具有不同的離心力，從而可以使二者分離。一般離心濃縮機可以連續(xù)工作，污泥在離心濃縮機中的HRT僅為3min，而出泥的含固率可達4%以上，即出泥的含水率可以達到96%以下。2021/10/10星期日61離心篩網(wǎng)濃縮器2021/10/10星期日62微孔濾機濃縮2021/10/10星期日63第三節(jié)污泥的厭氧消化主要內(nèi)容：（1）厭氧消化的機理（2）厭氧消化動力學（3）厭氧消化的影響因素（4）厭氧消化池池形、構(gòu)造與設(shè)計（5）消化池的運行與管理重點難點：（1）厭氧消化的機理（2）厭氧消化的影響因素（3）厭氧消化池池形、構(gòu)造與設(shè)計2021/10/10星期日641.三階段消化理論一、厭氧消化的機理（1）第一階段碳水化合物（脂肪、蛋白質(zhì)）在水解發(fā)酵菌作用下→糖類、脂肪酸、氨基酸、水和二氧化碳；

參與反應(yīng)的微生物：細菌、原生生物和真菌

纖維素分解菌—最重要的一步；產(chǎn)物CO2，H2，已醇；

碳水化合物分解菌—產(chǎn)物是葡萄糖；

蛋白質(zhì)分解菌---生成氨基酸

脂肪分解菌→脂肪酸2021/10/10星期日65（2）第二階段脂肪酸在產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌作用下→H2、CO2、乙酸；參與反應(yīng)的微生物：產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌以及同型乙酸菌產(chǎn)物：乙酸、甲烷、CO2、H22021/10/10星期日66（3）第三階段通過兩組生理不同的產(chǎn)甲烷菌的作用，產(chǎn)生CH41）一組把H2和CO2轉(zhuǎn)化為CH44H2+CO2→CH4+2H2O（1/3）CO2還原2）一組對乙酸脫羧產(chǎn)生CH42CH3COOH→2CH4+2CO2（2/3）乙酸脫羧參與反應(yīng)的微生物：產(chǎn)甲烷細菌主要產(chǎn)物：CH4產(chǎn)甲烷細菌屬于絕對厭氧菌2021/10/10星期日67復雜有機物較高級有機酸H2乙酸CH4水解與發(fā)酵4%76%20%24%52%28%72%生成甲烷生成乙酸與脫氫第一階段第二階段第三階段有機物厭氧消化模式圖2.模式圖2021/10/10星期日68二、厭氧消化動力學在厭氧消化條件下，BOD5的去除也遵循一級反應(yīng)動力學規(guī)律。由于甲烷發(fā)酵階段是厭氧消化速率的控制因素，因此，厭氧消化反應(yīng)動力學是以該階段作為基礎(chǔ)建立的。2021/10/10星期日69厭氧消化反應(yīng)動力學方程式：-dS/dt—底物去除速率，質(zhì)量/體積.時間；k—單位質(zhì)量底物的最大利用速率，質(zhì)量/細菌質(zhì)量；S—可降解的底物，質(zhì)量/體積；Ks—半速度常數(shù)，質(zhì)量/底物體積，即在生長速率等于最大生長速率1/2時的底物濃度；X—細菌濃度，質(zhì)量/體積；dx/dt—細菌增長速率，質(zhì)量/體積·時間；Y—細菌產(chǎn)率，細菌質(zhì)量/底物質(zhì)量；b——細菌衰亡速率系數(shù)，d-1μ—細菌凈比增殖速率）1/d2021/10/10星期日70用上式進行物料衡算，可推導出細菌增殖速率與生物體平均停留時間之間的關(guān)系式，即：解上式得2021/10/10星期日71底物降解效率E按下式計算2021/10/10星期日72三、厭氧消化的影響因素因甲烷發(fā)酵階段是厭氧消化反應(yīng)的控制因素，因此厭氧反應(yīng)的各項影響因素也以對甲烷菌的影響因素為準。2021/10/10星期日731．溫度甲烷菌對于溫度的適應(yīng)性，可分為兩類，即中溫甲烷菌(適應(yīng)溫度區(qū)為30～36℃)；高溫甲烷菌(適應(yīng)溫度區(qū)為50～53℃)。厭氧消化分為中溫消化和高溫消化。消化反應(yīng)與溫度之間的關(guān)系是不連續(xù)的。溫度與有機物負荷、產(chǎn)氣量關(guān)系見下圖2021/10/10星期日742021/10/10星期日75中溫消化條件下，揮發(fā)性有機物負荷為0.6~1.5kg／(m3·d)，產(chǎn)氣量約l~1.3m3／(m3·d)；高溫消化條件下，揮發(fā)性有機物負荷為2.0~2.8kg／(m3·d)，產(chǎn)氣量約3.0~4.0m3／(m3·d)。2021/10/10星期日76中溫或高溫厭氧消化允許的溫度變動范圍為1.5~2.0℃。當有3℃的變化時，就會抑制消化速率，有5℃的急劇變化時，就會突然停止產(chǎn)氣，使有機酸大量積累而破壞厭氧消化。消化溫度與消化時間的關(guān)系，消化時間是指產(chǎn)氣量達到總量的90％所需時間。兩者關(guān)系下圖。2021/10/10星期日772021/10/10星期日78由圖可見，中溫消化的消化時間約為20d-30d，高溫消化約為10d-15d。因中溫消化的溫度與人體溫接近，故對寄生蟲卵及大腸菌的殺滅率較低；高溫消化對寄生蟲卵的殺滅率可達99％，對大腸菌指數(shù)可達10-100，能滿足衛(wèi)生要求(衛(wèi)生要求對蛔蟲卵的殺滅率95％以上，大腸菌指數(shù)10一100).2021/10/10星期日792.生物固體停留時間(污泥齡)與負荷θc=Mr/ФeMr—消化池內(nèi)總生物量

Фe=Me/t—消化池每日排出的生物量；

Me—排出消化池的總生物量,kgt—排泥時間，d厭氧消化效果的好壞與污泥齡有直接關(guān)系消化池的容積負荷和水力停留時間(即消化時間)的關(guān)系見下圖。2021/10/10星期日802021/10/10星期日81有機物降解程度是污泥齡的函數(shù)，而不是進水有機物的函數(shù)。消化池的容積設(shè)計應(yīng)按有機負荷污泥齡或消化時間設(shè)計。所以只要提高進泥的有機物濃度，就可以更充分地利用消化池的容積。由于甲烷菌的增殖較慢．對環(huán)境條件的變化十分敏感，因此，要獲得穩(wěn)定的處理效果就需要保持較長的污泥齡。

2021/10/10星期日82消化池的有效容積V=Sv/S，Sv—新鮮污泥中揮發(fā)有機物重量，kg/dS—揮發(fā)性有機物負荷中溫：0.6-1.5kg/m3.d高溫：2.0-2.8kg/m3.d2021/10/10星期日83消化池的投配率是每日投加新鮮污泥體積占消化池有效容積的百分數(shù)。投配率是消化時間的倒數(shù)。投配率過高，消化時間短，消化池內(nèi)脂肪酸可能積累，pH下降，污泥消化不完全，產(chǎn)氣率降低；投配率過低，消化時間長，污泥消化較完全，產(chǎn)氣率較高，消化池容積大，基建費用增高。2021/10/10星期日84根據(jù)我國污水處理廠的運行經(jīng)驗，城市污水處理廠污泥中溫消化的投配率以5％~8％為宜，相應(yīng)的消化時間為1/5%=20d-1/8%=12.5d高溫消化投配率（10-16%）2021/10/10星期日853.攪拌和混合作用：（1）細菌與污泥充分混合（2）使整個消化池內(nèi)的溫度、底物、甲烷細菌分布均勻（3）避免在消化池的表面結(jié)成泥殼，加速消化氣的釋放攪拌的方法—般有：泵加水射器攪拌法；消化氣循環(huán)攪拌法混合攪拌法等。2021/10/10星期日864.碳氮比

污泥細胞的分子式：C5H7NO3即C/N=5：1，一般C/N在(10~20)：1時，消化效果比較好。C/N高，細胞的氮不足，緩沖能力下降，PH下降C/N低，氮量上升，銨鹽積累，抑制消化2021/10/10星期日87初次沉淀池的碳氮比為10：1，剩余污泥的碳氮比為5：1。因此剩余污泥單獨消化時效果較差。農(nóng)村沼氣池，用糞便消化時，含氮量過高，碳氮比太低。因此必須投加雜草、莖桿等提高碳氮比，增加產(chǎn)氣量2021/10/10星期日88消化池中有機酸累積時，要消耗大量的HCO3-，使消化液的緩沖能力下降甚至喪失。堿度降低，即預示著pH值要下降。所以測定堿度可以預知消化進行的情況如何2021/10/10星期日895.氮的守恒與轉(zhuǎn)化消化系統(tǒng)的硝酸鹽氮都將被還原成氮氣而存在于消化氣中。由于細胞的增殖很少，故只有很少的氮轉(zhuǎn)化為細胞(C5H7NO3)，大部分可生物降解的氮轉(zhuǎn)化為消化液中的NH3，因此，消化液中的氮的濃度都高于進入消化池的原污泥。2021/10/10星期日906.有毒物質(zhì)任何一種物質(zhì)對甲烷消化都有兩方面的作用(1)促進甲烷細菌生長的作用(2)抑制甲烷細菌生長的作用。關(guān)鍵在于它們的濃度界限，即毒閾濃度。低于毒閾濃度下限，對甲烷細菌生長行促進作用；在毒閾濃度范圍內(nèi)，有中等抑制作用;2021/10/10星期日91如果濃度是逐漸增加，則甲烷細菌可被馴化，超過毒閾濃度上限，對甲烷細菌有強烈的抑制作用。有毒物質(zhì)主要有：重金屬離子；陰離子，主要是S2－；

氨2021/10/10星期日927、pH值與酸堿度甲烷細菌的適宜pH為6.6~7.8，最佳pH在6.8～7.2之間。pH下降至5以下，對甲烷細菌有毒害作用。如果有一段pH較低，甲烷細菌會大量死亡，即使pH恢復至中性，厭氧消化效率也不易恢復。而在高pH值時（如高于7.8），只要恢復到中性，甲烷消化的效率就能很快恢復。2021/10/10星期日93高碑店污水處理廠1．池形消化池的基本池形有圓柱形和蛋形兩種。四、厭氧消化池池形、構(gòu)造與設(shè)計2021/10/10星期日94德國柏林某污水處理廠2021/10/10星期日952021/10/10星期日962021/10/10星期日97大型消化池可采用蛋形，容積可做到10000m3以上.蛋形消化池的優(yōu)點：①攪拌充分、均勻，無死角，污泥不會在池底固結(jié)；②池內(nèi)污泥的表面積小，即使生成浮渣，也容易清除；③在池容相等的條件下，池子總表面積比圓柱形小，故散熱面積小，易于保溫；2021/10/10星期日98④蛋形的結(jié)構(gòu)與受力條件最好，如采用鋼筋混凝土：結(jié)構(gòu)，可節(jié)省材料；⑤防滲水性能好，聚集沼氣效果好。蛋形殼體曲線做法如下圖所示。2021/10/10星期日992．構(gòu)造與設(shè)計消化池的構(gòu)造主要包括污泥的投配、排泥及溢流系統(tǒng)，沼氣排出、收集與貯氣設(shè)備、攪拌設(shè)備及加溫設(shè)備等。2021/10/10星期日100(1)投配、排泥與溢流系統(tǒng)1)污泥投配：生污泥需先排入消化池的污泥投配池，然后用污泥泵抽送至消化池。污泥投配池一般為矩形、至少設(shè)兩個，池容根據(jù)生污泥量及投配方式確定，常用12h的貯泥量設(shè)計。投配池應(yīng)加蓋、設(shè)排氣管及溢流管。如果采用消化池外加熱生污泥的方式，則投配池可兼作污泥加熱池。2021/10/10星期日1012)排泥：消化池的排泥管設(shè)在池底，依靠消化池內(nèi)的靜水壓力將熟污泥排至污泥的后續(xù)處理裝置。3)溢流裝置：消化池必須設(shè)置溢流裝置，及時溢流，以保持沼氣室壓力恒定。溢流裝置必須絕對避免集氣罩與大氣相通。溢流裝置常用形式有倒虹管式、大氣壓式及水封式等3種。2021/10/10星期日102溢流裝置的管徑一般不小于200mma.倒虹管式b.大氣壓式c.水封式2021/10/10星期日103(2)沼氣收集與貯存設(shè)備

2021/10/10星期日104(3)攪拌沒備攪拌的目的:(1)使池內(nèi)污泥溫度與濃度均勻，防止污泥分層或形成浮渣層，(2)緩沖池內(nèi)堿度，從而提高污泥分解速度?；旌暇鶆虻臉酥荆撼貎?nèi)各處污泥濃度相差小于10％。攪拌方法：沼氣攪拌，泵加水射器攪拌及聯(lián)合攪拌。攪拌方式：（1）連續(xù)攪拌；（2）間歇攪拌，在5～10h內(nèi)將全池污泥攪拌一次。2021/10/10星期日1051)泵加水射器攪拌2021/10/10星期日1062)聯(lián)合攪拌法就是把生污泥加溫、沼氣攪拌聯(lián)合在一個裝置內(nèi)完成。推薦使用這種攪拌方法。2021/10/10星期日1073)沼氣攪拌優(yōu)點：攪拌比較充分，可促進厭氧分解，縮短消化時間。2021/10/10星期日108(4)加溫設(shè)備及計算自學2021/10/10星期日1093、兩級厭氧消化兩級消化是根據(jù)消化過程沼氣產(chǎn)生的規(guī)律進行設(shè)計。目的是節(jié)省污泥加溫與攪拌所需的能量。2021/10/10星期日110在消化的前8d，產(chǎn)生的沼氣量約占全部產(chǎn)氣量的80%2021/10/10星期日111因此，可以把消化池設(shè)計成兩級第一級消化池：有加溫、攪拌設(shè)備，并有集氣罩收集沼氣，然后把排出的污泥送入第二級消化池。第二級消化池：沒有加溫與攪拌設(shè)備，依靠一級消化的余熱繼續(xù)消化，消化溫度約為20～26℃，產(chǎn)氣量約占20％，可收集或不收集，由于不攪拌，所以第二級消化池有濃縮的功能。一級與二級的體積比為：1:1，2:1，3:22021/10/10星期日1124、兩相厭氧消化把第一、二階段與第三階段分別在兩個消化池中進行，使各相消化池具有更適合于消化過程三個階段各自的菌種群生長繁殖的環(huán)境。優(yōu)點：池容積小，加溫與攪拌能耗少，運行管理方便，消化更徹底。2021/10/10星期日113自學5、消化池的運行與管理6、自然消化——雙層沉淀池(殷霍夫池)2021/10/10星期日1142021/10/10星期日1152021/10/10星期日116第四節(jié)污泥的好氧消化污泥的好氧消化技術(shù)對污泥中揮發(fā)性固體量的降低可接近于厭氧消化法；但需要大量供氧，因而能耗較大，運行費用高，所以一般只適用于小規(guī)模的廢水廠。（了解）2021/10/10星期日117其機理是促使活性污泥進入內(nèi)源呼吸階段，通過自身氧化降低污泥中的有機物的含量，使污泥達到穩(wěn)定化。其反應(yīng)方程式如下：C5H7NO2→5CO2+NO3-+3H2O+H+

只有約80%的細胞組織能被氧化，剩余的20%則是不能被生物降解的根據(jù)所采用的氧氣來源的不同，又可分為空氣好氧穩(wěn)定和純氧穩(wěn)定法。2021/10/10星期日118第五節(jié)沼氣利用主要用途：（1）用于消化池污泥加溫（2）發(fā)電（自學）2021/10/10星期日119污泥干化與脫水主要內(nèi)容：1.污泥干化場2.污泥機械脫水方法與設(shè)備重點難點：1.污泥機械脫水方法2.脫水造成壓力差推動力的方法2021/10/10星期日120第六節(jié)污泥自然干化污泥經(jīng)濃縮或消化后，尚有95~97％含水率，體積很大，如不用管道輸送，應(yīng)降低含水率。污泥脫水與干化方法：（1）自然干化；（2）機械脫水。2021/10/10星期日121一、污泥自然干化場的分類與構(gòu)造干化場可以分為自然濾層干化場與人工濾層干化場兩種。前者適用于自然土質(zhì)滲透性能好，地下水位低的地區(qū)（注意對地下水的污染）后者的濾層，是人工鋪設(shè)的，又可分為敞開式干化場與有蓋式干化場兩種2021/10/10星期日1222021/10/10星期日123人工濾層干化場的構(gòu)造示于下圖，它由不透水底層、排水系統(tǒng)、濾水層、輸泥管、隔墻及圍堤等部分組成。有蓋式的，設(shè)有可移開(晴天)或蓋上(雨天)的頂蓋。2021/10/10星期日1242021/10/10星期日125二、干化場的脫水特點及影響因素1.脫水途徑主要依靠滲透，蒸發(fā)，撇除滲透（2—3d完成）含水率下降到85%蒸發(fā)（約1周完成）含水率下降到75%。

2.影響因素（1）氣候條件（降雨量，蒸發(fā)量）（2）污泥性質(zhì)消化污泥滲透性能好；初沉池污泥主要依靠蒸發(fā)脫水。2021/10/10星期日126三、干化場的設(shè)計1.確定總面積數(shù)與分塊數(shù)2.設(shè)計參數(shù)：面積負荷m3/（m2·a）3.分塊數(shù)大于等于干化天數(shù)（保證每天排泥用1塊干化場）2021/10/10星期日1271.巴氏消毒法（低熱消毒法）2.石灰穩(wěn)定法3.加氯消毒法（自學）第七節(jié)污泥消毒2021/10/10星期日128

一、機械脫水前的調(diào)理

1.調(diào)理的目的改善污泥脫水性能，減少水與污泥固體顆粒之間的結(jié)合力，加速污泥脫水過程。2.調(diào)理的方法

化學法（有機，無機，微生物混凝劑）；

熱熱處理法

冷凍法

其他方法（超聲波處理，淘洗法）

第八節(jié)污泥的機械脫水2021/10/10星期日129二、機械脫水的基本原理與比阻1.原理污泥機械脫水是以過濾介質(zhì)兩面的壓力差作為推動力，使污泥水分被強制通過過濾介質(zhì)，形成濾液；而固體顆粒被截留在介質(zhì)上，形成濾餅。從而達到脫水的目的。造成壓力差推動力的方法有4種：①依靠污泥本身厚度的靜壓力(如干化場脫水)；②在過濾介質(zhì)的一面造成負壓(如真空吸濾脫水)；③加壓污泥把水分壓過介質(zhì)(如壓濾脫水)；④造成離心力(如離心脫水)。2021/10/10星期日130卡門過濾基本方程式

V—濾液體積，m3t—過濾時間，sp—過濾壓力，kg/m2A—過濾面積，m2μ—濾液的動力粘滯度，kg·s/m2ω—濾過單位體積的濾液在過濾介質(zhì)中截留的干固體重量,kg/m3

r—比阻，m/kg,單位過濾面積上，單位干重濾餅所具有的阻力稱比阻；Rf—過濾介質(zhì)的阻抗，1/m22021/10/10星期日131

2.比阻在壓力一定的情況下，t/V與V成直線關(guān)系t/V

abv0

(斜率)(截距)比阻值：2021/10/10星期日1322021/10/10星期日133三、脫水方法與設(shè)備污泥機械脫水方法有真空吸濾法、壓濾法和離心法等。其基本原理相同。2021/10/10星期日1341.真空過濾脫水真空過濾脫水目前應(yīng)用較少，使用的機械稱為真空過濾機，可用于經(jīng)預處理后的初次沉淀污泥、化學污泥及消化污泥等的脫水。真空過濾機脫水的特點是能夠連續(xù)生產(chǎn)，運行平穩(wěn)，可自動控制。主要缺點是附屬設(shè)備較多，工序較復雜，運行費用較高。2021/10/10星期日1352021/10/10星期日1362021/10/10星期日1372.壓濾脫水壓濾脫水采用板框壓濾機。它的構(gòu)造較簡單，過濾推動力大，適用于各種污泥。但不能連續(xù)運行。壓濾機可分為人工板框壓濾機和自動板框壓濾機兩種。人工板框壓濾機，需一塊一塊地卸下，剝離泥餅并清洗濾布后，再逐塊裝上，勞動強度大，效率低。自動板框壓濾機，上述過程都是自動的，效率較高，勞動強度低。2021/10/10星期日1382021/10/10星期日1392021/10/10星期日1403.滾壓脫水用于污泥滾壓脫水的設(shè)備是帶式壓濾機。其主要特點是把壓力施加在濾布上，用濾布的壓力和張力使污泥脫水，而不需要真空或加壓設(shè)備，動力消耗少，可以連續(xù)生產(chǎn)。這種脫水方法，目前應(yīng)用廣泛。帶式壓濾機基本構(gòu)造見下圖。2021/10/10星期日1412021/10/10星期日1422021/10/10星期日143滾壓的方式有兩種，一種是滾壓軸上下相對，壓榨的時間幾乎是瞬時，但壓力大；另一種是滾壓軸上下錯開，依靠滾壓軸施于濾布的張力壓榨污泥，壓榨的壓力受張力限制，壓力較小，壓榨時間較長，但在滾壓的過程中對污泥有一種剪切力的作用，可促進泥餅的脫水。2021/10/10星期日1442021/10/10星期日1454.離心脫水離心脫水，脫水的推動力是離心力，推動的對象是固相，離心力的大小可控制，比重力大幾百倍甚至幾萬倍，因此脫水的效果也比濃縮好。2021/10/10星期日146離心脫水原理與離心機分類離心力與重力的比值稱為分離因素，用表示離心機的分類：按分離因數(shù)的大小可分：（1）為高速離心機(＞3000)、（2）中速離心機(＝1500～3000)、（3）低速離心機(＝1000～1500)；按幾何形狀不同可分為轉(zhuǎn)筒式離心機、盤式離心機、板式離心機等。2021/10/10星期日1472021/10/10星期日148污泥脫水常用的是低速錐筒式離心機低速離心機是20世紀70年代開發(fā)的、專用于污泥脫水。因污泥絮體較輕且疏松，如采用高速離心機容易被甩碎。2021/10/10星期日149第九節(jié)污泥的干燥與焚化污泥脫水、干化后，含水率還很高，體積很大，為了便于進一步的利用與處理，可作干燥處理或焚燒。干燥處理后，污泥含水率可降至約20％左右，體積可大大減小，便于運輸、利用或最終處理。污泥干燥與焚